官地水電站大壩混凝土裂縫檢測及處理技術

楊 軍

(中國水電顧問集團成都勘測設計研究院，四川成都 610000)

1 工程概況

官地水電站大壩為碾壓混凝土重力壩，最大壩高168 m，壩頂長度516.00 m。大壩混凝土總方量約344.5×104m3，其中RCC 約292.7×104m3。

官地大壩混凝土施工具有工程量大、壩體結構復雜、澆筑強度高、施工工序復雜、施工相互干擾大等特點，在施工過程中，除精心管理、嚴格控制以減少混凝土開裂外，還應對已出現的裂縫及時處理，以免對大壩結構安全造成不利影響。

2 混凝土裂縫分類和統計

2.1 裂縫成因

為對裂縫進行危害性評估和選擇正確處理方案，應對裂縫所處部位、產狀、形狀(包括長度、表面寬度、深度等)、成因等進行分析和分類。裂縫的成因如表1 所示。

2.2 大體積混凝土裂縫分類及評價標準

按所產生的裂縫性質、所在部位、是否位于基礎約束區及對結構應力和運行安全影響程度，大體積混凝土裂縫分類及評價標準如下:

(1)Ⅰ類裂縫:縫寬δ＜0.1 mm，縫深h≤30 cm，縫面長度≤1.5 m，外觀為龜裂狀呈細微而不規則裂縫或呈細微規則性裂縫。

(2)Ⅱ類裂縫:縫寬0.1 mm≤δ＜0.3 mm 和縫深30 cm ＜h≤100 cm 者，縫平面長3m ＜L＜5m，數量極少，呈規則狀。

(3)Ⅲ類裂縫:

①縫寬0.3 mm≤δ≤0.5 mm 和縫深100 cm ＜h≤500 cm，縫平面長度≤壩塊寬度的三分之一，側面長度大于1～2個澆筑層厚度，呈規則狀;

②縫寬0.2 mm≤δ＜0.3 mm 和縫深30 cm ＜h≤100 cm者，裂縫長度貫穿整個壩塊;

③縫寬0.2 mm≤δ＜0.3 mm 和縫深30 cm ＜h≤100 cm者，且裂縫位于上游迎水面;

④縫寬0.2 mm≤δ＜0.3 mm 和縫深30 cm ＜h≤100 cm者，且裂縫位于迎水面基礎強約束區內。

(4)Ⅳ類裂縫:裂縫寬度δ＞0.5 mm，深度h＞500 cm，側(立)面長度L＞5 m，裂縫若從基礎向上開裂，且平面上貫穿全倉，稱為基礎貫穿裂縫，其余稱為貫穿裂縫。

表1 混凝土裂縫的主要原因

3 混凝土裂縫檢測

3.1 檢測儀器

根據以往工程實踐經驗，推薦使用下列檢測儀器:回彈儀、非金屬超聲波檢測儀、取芯機、壓力試驗機、讀數放大鏡、地震(或聲波)CT 層析成像、鉆孔全景圖像等。

3.2 檢測方法

混凝土裂縫檢測應采用人工外觀檢測結合適宜的儀器進行，推薦采用讀數放大鏡及超聲波回彈檢測法，必要時可采用地震(或聲波)CT 層析成像技術、鉆孔取芯及鉆孔全景圖像。

裂縫縫深檢查方法:

(1)裂縫深度可采用無損檢測和鉆孔檢測。

(2)表面淺層裂縫可采用沿縫鑿槽法，鑿至目測見不到縫為止。

(3)鉆孔壓水(風)法。沿裂縫一側或兩側打斜孔穿過縫面(過縫＞0.5 m)，然后在孔口安裝壓水(風)設備(壓水(風)管、手搖泵)和阻塞器，進行壓水(風)，壓風時在裂縫表面涂刷肥皂水或洗滌劑水等。若壓水(風)縫表面出水(冒氣泡)，說明鉆孔過縫且縫深大于鉆孔穿過縫的垂直深度，之后再打少量斜孔檢查，直至表面無水(氣泡)冒出。此時斜孔與縫的交點至混凝土的垂直距離即為裂縫深度。同時可利用斜孔進行鉆孔全景圖象觀察縫的位置。

(4)超聲波檢測。裂縫深度小于0.5 m 時(表淺層裂縫)可采用縱波繞射無孔檢測;裂縫深度大于0.5 m 時采用鉆孔對穿聲波檢測。在混凝土裂縫的兩側(距1.00 m 左右)各打一個孔，要求終孔孔徑應大于50 mm，對穿聲波測點點距不大于20 cm，測孔前應沖洗干凈，并灌滿清水。經過波幅的分析，判定其縫深。

(6)內部裂縫檢查?；炷羶炔苛芽p的檢查采用鉆孔取芯直觀、鉆孔全景圖象方法、壓水試驗以及CT、聲波等物探方法進行檢測。

4 混凝土裂縫修補材料

一般來說修補材料的性能指標要求不低于母體混凝土，過流表面不低于表面抗沖磨混凝土原設計指標。

5 混凝土裂縫修補技術

5.1 混凝土裂縫處理原則

水工混凝土危害性較大的裂縫，將會破壞建筑物的整體性，改變建筑物的受力狀態，造成滲水、漏水、鋼筋銹蝕，降低建筑物的耐久性，危害建筑物安全運行。因此，必須認真對待每一條已被發現的裂縫，分析產生裂縫的原因，嚴格按有關要求進行補強處理。

裂縫修補主要可采用噴涂法、粘貼法、充填法和灌漿法等方法。

(1)噴涂法適用于寬度小于0.3 mm 的表層裂縫修補。

(2)粘貼法分表面粘貼法和開槽粘貼法兩種，前者適用于裂縫寬度小于0.3 mm 的表層裂縫修補，后者適用于裂縫寬度大于0.3 mm 的表層活縫修補。

(3)充填法適用于縫寬大于0.3 mm 的表層裂縫修補、深層裂縫及貫穿裂縫外露縫面處理。

(4)灌漿法適用于深層裂縫、貫穿裂縫、混凝土內部裂縫的修補。

修補時機:對已經穩定不再發展的裂縫應及時處理;對于尚未發展穩定的裂縫，應待其穩定后再行處理或裂縫開度中等偏大時處理或采用特殊方法處理。

5.2 Ⅰ類裂縫處理

大體積混凝土Ⅰ類裂縫經監理工程師確認后一般可不作修補。

5.3 Ⅱ類裂縫處理

主要采用表面噴涂法和灌漿法進行處理。對重要部位的Ⅱ類裂縫可根據現場具體情況采用鋼筋網補強。

5.4 Ⅲ類、Ⅳ類裂縫處理

5.4.1 裂縫在非大壩迎水面

Ⅲ類、Ⅳ類外露裂縫產生在非大壩迎水面的部位視重要程度采用如下方法之一。

(1)化學灌漿法加表面噴涂法，主要適用于Ⅲ類裂縫;

(2)化學灌漿法加鑿槽嵌填止水材料加表面噴涂法，主要適用于Ⅳ類裂縫和重要部位的Ⅲ類裂縫;

(3)化學灌漿法加鑿槽嵌填止水材料加表面噴涂法加錨固法，主要適用于對結構有整體性影響的Ⅳ類裂縫和Ⅲ類裂縫。

5.4.2 裂縫在大壩迎水面

Ⅲ類、Ⅳ類裂縫產生在大壩迎水面的部位視重要程度采用如下方法之一。

(1)化學灌漿法加充填粘貼法;

(2)化學灌漿法加充填粘貼法加錨固法。

5.4.3 裂縫分布于壩體中部

Ⅲ類、Ⅳ類混凝土內部裂縫分布于壩體中部，貫穿深度較大，隱蔽性較強，主要采用鉆孔穿過裂縫進行水泥灌漿或者化學灌漿處理，同時根據裂縫出現的部位不同及危害程度，可選取鋼筋網、錨筋樁、預應力錨桿、對穿錨索或者端頭膠結錨索等加固。

6 常用的裂縫處理方法

6.1 錨固法

根據裂縫出現的部位不同，可選取錨筋樁、預應力錨桿、對穿錨索或者端頭膠結錨索等加固裂縫出現區域或者布置在限制裂縫發展方向區域，錨固施工應在灌漿完成后3～7d(化學灌漿)或14d(水泥灌漿)進行。

(1)錨筋樁。在裂縫分布區域或者要求限制裂縫發展方向的區域布置，布置方向應與裂縫面垂直，參見圖1。鉆孔直徑90～110 mm，間排距1.5×1.5～3.0×3.0 m，孔深穿過裂縫3 m，孔內布置332 螺紋鋼筋，灌注與壩體混凝土同等強度等級的水泥漿或者水泥砂漿。

(2)預應力錨索。預應力錨索的噸位、布設方向、孔深設置，需由設計方分析計算確定。

圖1 錨筋樁布置典型示意

6.2 鋼筋網補強

對增長縫發展方向(包括壩段內方向和相鄰壩段方向)布置限裂鋼筋網，鋼筋采用II 級螺紋鋼，直徑28～32，間排距20 cm，縫發展方向2～4 層，層間距40 cm。鋼筋在縫兩側長度分別為1.5～2.0 m，超過縫兩端1.0～2.0 m，長短間錯布置，參見圖2。

圖2 鋼筋網布置典型示意

6.3 鑿槽嵌縫

施工工藝參見圖3，具體要求如下:

(1)沿裂縫鑿U 型槽，鑿槽頂寬8～10 cm，深度5～8 cm，底寬5～8 cm，鑿槽向裂縫兩端順延0.5 m，并清洗干凈;

(2)槽底面用砂漿找平并鋪設隔離膜，回填預縮砂漿;

(3)縫面為澆筑倉面時，槽外回填砂漿與原混凝土面齊平;縫面為橫縫面時，嵌填2 cm 厚SR－2 塑性止水材料，要求壓實并與原混凝土面齊平。

圖3 混凝土內部裂縫鑿槽嵌縫修補典型示意

7 質量檢查

進行過水泥灌漿和化學灌漿的混凝土裂縫，灌漿后必須進行壓水和聲波檢查，每條裂縫至少有兩組檢查孔，縫面透水率不大于0.1Lu，聲波波速滿足相應部位混凝土質量驗收標準要求。

對重要部位的II、III 類裂縫和IV 類裂縫處理后需進行鉆孔取芯檢查，觀察其縫面漿液結石和充填情況，并測定其力學指標是否達到相應部位混凝土設計要求值。

8 結論

在官地水電站的施工過程中，按照上述方法對大壩出現的裂縫采取恰當的修補技術及時進行處理，避免了裂縫的進一步擴大及其對大壩結構安全產生的不良影響。官地工程的設計和施工實踐表明:上述混凝土裂縫修補技術方法可以安全可靠、經濟合理的對混凝土裂縫進行有效的處理，對工程施工的順利進行及工程的質量有重要意義。